第二节 中国钠离子电池主要体系及材料

中国钠离子电池的主要体系及材料包括以下几种:

正极材料:
层状氧化物:通式为 Na x MO2(M 为一种或多种过渡金属元素或者掺杂替换元素),具有二维传输通道,钠离子传输快,压实密度较高,能量密度也较高。其制备工艺和三元材料一致,可直接使用现有设备,能缩短产业化周期并降低研发成本。但未改性材料在空气中稳定性较差,会增加生产、存储和使用成本,且循环寿命欠佳。
普鲁士类化合物:通式为 Na x Mm’(CN)6·xH2O,例如 FeMn 基普鲁士蓝类材料拥有 150mAh/g 的比容量和 3.4V 的平台电压,原材料成本低廉,有望实现产业化。不过该材料需要水溶液方法合成,结晶水含量难以控制,而水含量会影响电池性能。
聚阴离子化合物:通式为 Na x My(XaOb)zZw,M 为 Ti、V、Fe 等一种或多种,X 为 S、P 等,Z 为 F 等。这类材料具有开放的三维骨架结构,加上聚阴离子和卤素阴离子的诱导效应,通常具有优良的倍率性能、循环性能和热稳定性,工作电压高。但导电性较差,需要额外进行碳包覆或纳米化工艺来改善。其中 Nasicon 结构的 Na3V2(PO4)3和磷酸铁锂一样具有 3.4V 的长平台,其生产工艺可直接沿用磷酸铁锂工艺。然而,由于含有剧毒的 V 元素,成本较高,产业化进程较慢。
代表性企业:当前主流的钠离子电池正极材料企业主要有湘潭电化、攀钢钒钛、安庆曙光等。在钠电池材料体系方面,主要布局厂商有容百科技、振华新材、当升科技等,其中匹配振华新材钠离子电池正极的电芯已经实现了装车应用。

负极材料:目前较为成熟的钠离子电池负极材料为无定形碳基材料,包括硬碳和软碳材料。其合成的关键工艺是前驱体的选择和高温碳化处理。前驱体的碳原子键合方式决定了所合成的无定形碳材料的微观结构,不同碳源前驱体即便采用相同的热处理工艺,得到的无定形碳材料的结构和性能也会有显著差异。负极企业主要包括璞泰来、贝特瑞、中科电气等。
电解液:钠离子电池电解液体系与锂离子电池相比,最大的改变是将电解质更换为六氟磷酸钠,其制备过程基本复用六氟磷酸锂的工艺。现阶段多氟多、天赐材料均已具备六氟磷酸钠量产能力,且已向宁德时代小批量供货。
隔膜:目前规模化生产的隔膜孔径均远大于钠离子的溶剂化半径,可满足钠离子电池的使用需求。

钠离子电池在原材料成本方面具有一定优势,其成本较锂离子电池可整体降低30%~40%。在性能方面,虽然钠离子电池在能量密度和循环性能上不及锂离子电池,但在对能量密度和循环性能要求不高、对成本较为敏感的领域,如低速电动车、大规模储能等领域具有较大的应用潜力。

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分类:鸿蒙